1、多路彩灯控制器的设计 O 引言 硬件描述语言(HDL)是相对于一般的计算机软件语言如 C，Pascal 而言的。 HDL 是用于设计硬件电子系统的计算机语言，它描述电子系统的逻辑功能、电 路结构和连接方式。设计者可以利用 HDL 程序来描述所希望的电路系统，规定 其结构特征和电路的行为方式，然后利用综合器和适配器将此程序变成能控制 FPGA 和 CPLD内部结构， 并实现相应逻辑功能的门级或更底层的结构网表文件 和 下 载 文 件 。 VHDL(VeryHigh Speed Integrated Circuit Hardware descriptionLangtuage)主要用于描述数字系统的
2、结构、行为、功能和接口。与其 他的 HDL 语言相比，VHDL 具有更强的行为描述能力，从而决定了它成为系统 设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构。从 逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。 在文献中作者从不同的角度 阐述了 EDA 技术的应用，它具有功能强大、描述能力强、可移植性好、研制周 期短、成本低等特点，即使设计者不懂硬件的结构，也能进行独立的设计。本文 以 Alter 公司提供的 Max+Plus为平台，设计一个可变速的彩灯控制器，可以 在不修改硬件电路的基础上， 仅通过更改软件就能实现任意修改花型的编程控制 方案， 实现控制 16 只 LED以
3、 6 种花型和两种速度循环变化显示， 而且设计非常 方便，设计的电路保密性。 （一）实验目的 1 进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。 2 了解数字电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。 3 熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电 路设计。 4. 培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度 一、设计任务与要求 （1）要有多种花形变花。 （2）多路花形可以自动变换循环往复。 （3）彩灯变幻的快慢接拍可以选择。 （4）具有清零开关。 二、总体框图 （一）设计思路 用 VHDL 进行设计，首先应该理解，VHDL 语言是一种全方位硬件描述语言， 包括系统行为级
4、， 寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次。 应充分利用 VHDL“自 顶向下”的设计优点以及层次化的设计概念，层次概念对于设计复杂的数字系统 是非常有用的， 它使得我们可以从简单的单元入手， 逐渐构成庞大而复杂的系统。 首先应进行系统模块的划分，规定每一个模块的功能以及各模块之间的接口， 最终设计方案分为三大模块：16 路花样彩灯显示器、时序控制器、整个电路系 统，从而达到控制彩灯闪烁速度的快慢和花型的的变换。 1.自动控制多路彩灯按预设的花型进行变换； 2、花型种类不少于三种，花型自拟； 3.分别用快慢两种节拍实现花型变换。 4.选择：用可编辑逻辑器件实现。 (二)总体方案的设计 根据题目实际
5、要求，经过分析与思考，拟定以下两种方案： 方案一：总体分为三个模块。第一块实现花形的演示，第二块实现花形的控制 及节拍控制；第三块实现时钟信号的产生。 方案二：整体电路分为四块。第一块实现花形的演示；第二块实现花形的控制； 第三块实现节拍控制；第四块实现信号产生。 方案三：有三个模块，第一个模块是时钟控制模块，第二块是花形控制模块，第 三块是整体模块。 （三）总体设计的选择 三种方案比较发现，第三种方案相对简单。这样设计其优点在于：设计思想比较 简单，元件种类使用较少，且易于连接电路。基于以上原因，加上短时间内完成 课程设计，我选择了连线少的，易于连接和调试的方案。 （四）总体设计的选择 1
6、设计原理 时序控制电路 SXKZ 根据输入信号 CKL_IN， CLR， CHOSE_KEY 产生符合 一定要求的、供显示控制电路使用的控制时钟信号，而显示控制电路 XSKZ 则根据时序控制电路 SXKZ 输入的控制时钟信号， 输出种花形循环变化 的、控制路彩灯工作的控制信号，这些控制信号加上驱动电路一起控制彩灯 工作。 2 系统设计方案 根据系统设计方案要求可知，整个系统共三个输入信号：控制彩灯节拍快慢 的基准时钟信号 CLK_IN，系统清零信号 CLK，彩灯节拍快慢选择开关 CHOSE_KEY：共有 16 个输出信号 LED【150】 ，分别控制 16 路彩灯。 我们可将整个彩灯控制器 CDKZQ 分为两大部分： 时序控制电路 SXKZ 和显示 控制电路 XSKZ，整个系统的组成原理如下图。 三、选择器件 16X16LED显示 EPI版上 SW【】拨码 p 四、功能模块 （一）时序控制电路的源程序 SXKZ。 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_l
